用J积分计算平端刚性压头Ⅰ型触压应力强度因子

采用有限元法对平端的刚性压头压在半无限大的弹性平面上进行非线性接触分析,应用有限元分析软件ANSYS建模,计算围绕压头端点的J积分值,通过数值计算证明其守恒性,再根据J积分与I型触压应力强度因子（K_I）的关系得到K_I。数据结果表明,由J积分方法计算的K_I与理论值一致。最后应用J积分理论计算了有限厚度的板在刚性压头作用下的应力强度因子。     

腹板连接节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量的确定荷载作用下钢框架结构延长翼缘连接板梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子的大小,采用断裂力学与有限元积分相结合的方法,研究腹板连接节点的断裂性能.判断延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子,应力强度因子可以通过有限元计算J积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂纹深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸和梁柱长度对延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据有限元分析结果归纳出应力强度因子计算公式.研究结果表明：延长翼缘连接板腹板连接节点梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,应力强度因子随梁截面参数的增大而增大,随柱截面参数的增大而减小.     

基于非结构化格子法的动态J积分计算

目的针对动态载荷作用下稳态裂纹的线弹性断裂问题,提出一种动态J积分和动态应力强度因子KI的数值计算方法.方法基于非结构化格子法,对动态J积分计算公式中的围线积分和围面积分离散化处理,进行动态J积分的数值计算,利用动态J积分和KI的关系给出动态应力强度因子.结果非结构化格子法不仅能够用于验证动态J积分的路径守恒性,而且能够计算任意时刻动态J积分的具体数值.结论动态J积分算法具有简便、实用、计算速度快和数值计算精度高的特点.该算法可以用于动态应力强度因子的计算,为裂纹的动态起始扩展问题的研究提供了一种新的数值算法.     

简化扩展有限元法精度的验证及在DCT试验中的应用

在扩展有限元方法(XFEM)和相互作用积分的基础上,建立了不含裂尖增强函数的简化XFEM法.并通过该方法计算了经典算例的应力强度因子,与传统的J积分方法和应力强度因子手册中的解析解进行了对比分析.结果表明,简化XFEM法与传统的J积分法相比,其精度更高且不需划分过密的网格.之后,采用简化XFEM法对沥青混合料圆盘拉伸试验(DCT)进行了数值模拟分析,通过与室内试验对比发现,简化XFEM法模拟的裂纹扩展路径和试验结果接近,并有助于分析试验过程中的断裂机理.该简化XFEM法能为非均质材料等更复杂问题断裂模拟提供新的解决思路.     

楔形翼缘连接板腹板连接节点断裂性能

为定量确定采用楔形翼缘连接板的钢框架结构梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子与初始缺陷深度之间的函数关系,采用断裂力学与有限元分析相结合的方法.判断焊缝开裂的依据是一型应力强度因子,应力强度因子通过J积分的方法求得.通过有限元计算研究初始裂缝深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和翼缘连接板伸出柱边缘的长度对腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据参数分析结果归纳出应力强度因子计算公式.结果表明,梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,采用楔形翼缘连接板可以明显改善焊缝边缘的断裂性能,应力强度因子与梁截面参数是增函数关系,与柱截面参数是减函数关系.     

任意梯度分布功能梯度板条平面裂纹分析

提出一种可以分析任意梯度功能梯度材料的分层模型,并采用该模型研究功能梯度板条平面裂纹问题.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子.考察了分层模型的有效性,还讨论了材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现结构几何尺寸、材料梯度变化形式、以及材料梯度参数均对应力强度因子有显著影响.     

表面裂纹弹塑性断裂参数的估算和测试

本文提出了一种计算模型,用以估算带半椭圆表面裂纹幂硬化板材的弹塑性断裂参数。用该模型估算的表面裂纹最深点的应力强度因子K值与New-man-Raju 公式计算的K值吻合良好、弹塑性J积分值与Nikishkov-Atluri的三维有限元结果基本相符。用表面裂纹LD10CZ板材测定的表面裂纹嘴张开位移δ_m和J积分值与计算模型估算的δ_m和J值的误差不超过10%。在σ/σ_0> 0.5时,J与a_m有线性关系。     

用J积分计算单边裂纹梁四点复合型加载时的K_Ⅰ和K_Ⅱ

本文用分解J积分为对称部分J_Ⅰ和反对称部分J_Ⅱ的方法,计算了四点复合型加载时单边裂纹梁的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ,而J积分则通过有限元计算获得。与边界配位法所得结果的比较表明,分解J积分法是一种计算复合型应力强度因子的有效方法。计算结果还表明,四点复合型果的应因子K_Ⅰ和K_Ⅱ基本不受复合程度的影响,可以分别按弯矩和剪力进行算,并且建议了K_Ⅰ和K_Ⅱ的K程计算表式式。     

广义■积分的数值分析

1968年,Rice,J.R.提出的J积分是计算工程构件的应力强度因子K_1的一种有用工具;但是,J积分的使用受到如下条件的限制:1. 不存在体力;2. 不存在非均匀温度场产生的热负荷。然而,工程构件常常承受了这些复杂载荷。因此,近年来,一些作者突破了这些限制,提出了广义 J 积分,并从能量的观点证明了广义 J 积分的守恒性。但是,这些文献的广义 J 积分值都是解析解,对形状复杂和具有不规则温度场的工程零件则无法求解。为了解决如航空发动机和发电设备等高温旋转零件的剩余寿命计算和分析其结构的安全性,本文作者使用有限元素法分别在外载、温度场、体力及三者联合作用下进行了研究,并取得对工程有重要意义的结果。研究表明:上述数值计算的广义 J 积分值都是守恒的,由此得到的应力强度因子 K_1值与解析解相比误差都很小,因此这种数值计算法是可以信赖的。本文作者已研制了这方面的计算机软件。因计算程序功能的通用性,软件可直接使用于复杂载荷下的这一类带二维裂纹工程构件。其输出功能包括构件的应力、应变场,广义 J 积分及应力强度因子 K_1的数值解,并可预测裂纹扩展的方向。和试验研究相配合,软件将解决航空发动机涡轮盘上榫齿裂纹的应力强度因子计算,以此求解剩余寿命,达到定寿、延寿的目的。程序也可应用于其它复杂载荷或单独外载下带裂纹构件的计算,它是求解这些工程构件的剩余寿命和分析安全性的实用工具。     

异型管扭曲环向周期裂纹应力强度因子

断裂是工程结构中常见的失效形式之一,控制结构断裂的重要参量是应力强度因子。本文以异型管周期裂纹为例,提出了利用J2守恒积分求解II型裂纹的应力强度因子方法。     

弹性半空间中矩形平片裂纹问题分析

通过使用超奇异积分方程方法,对弹性半空间中与自由边界面垂直的I型三维矩形平片裂纹问题进行了研究.首先根据弹性半空间问题的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程.通过将位移间断函数近似地表示为特征函数与一组多项式之积的形式,建立了数值计算方法.通过对几个典型数值算例的计算,分析了自由边界面对裂纹前沿应力强度因子的影响.     

含裂纹铆钉搭接板的权函数法与扩展寿命分析

铆钉搭接结构是典型的多位置损伤敏感结构,容易在多个铆钉孔边萌生疲劳裂纹,进而威胁飞机结构安全。由于裂纹个数、位置和大小随机多变,铆钉与平板间存在复杂的接触关系。为高效、准确计算多铆钉搭接板的应力强度因子以进行裂纹扩展寿命分析,提出针对搭接结构复杂裂纹问题的权函数分析方法。首先,对多铆钉搭接板的复杂裂纹构型进行合理简化分类,利用其对应的权函数求解应力强度因子。然后,采用有限元分析计算含裂纹多铆钉搭接板的应力强度因子以验证权函数法的计算精度。最后,将经验证的权函数分析方法结合Paris裂纹扩展公式,对铆钉搭接结构进行疲劳裂纹扩展分析,并通过试验验证分析方法的有效性。结果表明,采用权函数法计算的应力强度因子与完全采用有限元方法计算的应力强度因子的相对差别小于5%,分析预测的裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好,且计算效率比完全采用有限元法快3个数量级,进而为铆钉连接结构孔边裂纹的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析提供了一个有效方法。     

改进型钢筋浆锚装配式剪力墙压弯承载力计算

为提高钢筋浆锚连接装配式剪力墙的力学性能,采用闭合扣接约束箍筋对传统钢筋浆锚装配式剪力墙进行改进,通过改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙的低周反复加载试验,证明了闭合扣接约束箍筋能够有效提高钢筋浆锚连接装配式剪力墙的力学性能.为确定改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙接缝的压弯承载力计算方法,对钢筋浆锚连接装配式剪力墙的破坏机理进行分析并提出简化的钢筋浆锚连接接缝承载力计算模型,结合现行规范设计公式提出钢筋浆锚连接装配式剪力墙的接缝承载力计算方法.采用规范公式计算和截面应力积分计算,得到改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙接缝的承载力.通过计算承载力与试验实测承载力的对比,证明了改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙接缝承载力简化计算模型和计算方法的合理性.     

钢筋混凝土静力等效简化模型的数值模拟

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土构成的复合材料,属于非均质、非线性材料.在数值分析中要分别采用不同材料、单元类型模拟(即建立分离模型),这种模拟方式计算量过大,不适于对其整体结构进行分析.通过抗弯刚度等效的简化方式,建立了钢筋混凝土的均质等效模型,借助有限元软件对所建均质模型和分离模型进行了线性、非线性的静力模拟,由对结果的比较,确定简化模型的材料参数,为钢筋混凝土结构的静力模拟分析奠定基础.     

30Cr1Mo1V转子钢应力强度因子有限元分析

通过采用20节点solid186退化奇异单元,利用ANSYS软件,对三维断裂参量进行计算和分析,结果表明位移法和J积分法确定应力强度因子是可行的;对一定尺寸的紧凑拉伸试样三维裂纹进行分析,得出30Cr1Mo1V转子钢裂纹尖端KI随裂纹长度和载荷水平改变时的变化规律,为研究汽轮机转子裂纹扩展规律提供了合理、有效的方法.     

椭圆类平片裂纹二维有限部积分方程的多项式数值方法

根据均质弹性体中平面裂纹问题的一维Ｃａｕｃｈｙ型主值积分方程的Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式数值求解方法,提出了三维断裂力学问题的椭圆类平片裂纹二维有限部积分方程中未知位移间断用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式与位移间断基本函数之积来表示的近似数值解法,并导出了与多项式系数相对应的应力强度因子计算公式最后给出了若干不同长短轴半径之比的椭圆平片裂纹应力强度因子计算例计算表明,本文方法的数值结果不但收敛速度快,而且精度也大大高于现有的有限部积分———边界元方法的精度     

圆筒形薄钢壳物体纵向磁化状态的简化建模方法

积分方程法计算过程中,所得到的系数矩阵是稠密矩阵,随着剖分单元的增多,计算资源的需求将快速增长,可能会在一些实际工程问题的计算中造成一些障碍.根据薄钢板的磁化特点,将圆筒形薄钢壳物体的纵向磁化等效为圆环形体磁化强度分布和圆环形线磁荷分布2种形式,可将原有的二维轴对称问题简化为一维形式,用于快速地建立圆筒形薄钢壳物体纵向磁化状态的数学模型.圆环形体磁化强度分布和圆环形线磁荷分布与三维积分方程法相比,可以得到几乎相同的磁化强度和外部磁场分布,只存在很小的误差.计算结果表明,所得到的新方法只需要少量剖分单元就可以满足计算精度要求,且大大减少了计算资源,加快了计算速度,非常适用于工程计算.     

倒代换在定积分与广义积分中的应用

将不定积分计算中经常使用的例代换，应用于计算多余定积分与广义积分，在某些情况下，使计算大为简化。     

扩展裂纹的动态COD

利用文献「１」给出的扩展裂纹与路径地匀的Ｊ积分,该积分适用于以任意可变速率扩展的裂纹动力学问题,并推导了Ｊ积分与动态ＣＯＤ及动应力强度因子Ｋ（ｔ）之间的关系,利用Ｊ积分有可能建立适用于裂纹扩展全过程,起裂、失稳扩展及止裂阶段的断裂准则。